DE1138590B - Flame holder - Google Patents

Description

DEUTSCHESGERMAN

PATENTAMTPATENT OFFICE

U5721Ia/46gU5721Ia / 46g

ANMELDETAG: 7. NOVEMBER 1958REGISTRATION DATE: NOVEMBER 7, 1958

BEKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
UNDAUSGABEDER
AUSLEGESCHRIFTi 25. OKTOBER 1962 NOTICE
THE REGISTRATION
ANDOUTPUTE
EXPLORATION PAPER OCTOBER 25, 1962

Die Erfindung bezieht sich auf einen Flammhalter, der zur Führung oder Aufrechterhaltung der Verbrennung, insbesondere zur Herstellung eines Staupunktes und eines Bereichs rückwärts strömenden Gases bei Gasdurchgängen dient, wie sie im Nachbrenner eines Gasturbinentriebwerkes, z. B. eines Düsenflugzeugtriebwerks, vorhanden sind. Er ist so angeordnet, daß er die Achse des Nachbrenners umgibt und daß seine Symmetrieachse einen Abstand von derjenigen des Nachbrenners hat.The invention relates to a flame holder that is used to guide or maintain combustion, especially for creating a stagnation point and an area flowing backwards Gas in gas passages is used as it is in the afterburner of a gas turbine engine, e.g. B. one Jet engine, are present. It is arranged so that it surrounds the axis of the afterburner and that its axis of symmetry is at a distance from that of the afterburner.

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, die bei Flammhaltern üblicher Konstruktion vorhandenen Nachteile zu vermeiden. Die bisher zur Herbeiführung einer stabilisierten Verbrennung in Kanälen mit strömendem Gas verwendeten Flammhalter, die gewöhnlieh im Stömungsweg des Gases angeordnete trogförmige Führungskörper darstellten, hatten den Nachteil, daß die Flamme die Metallteile des Flammhalters berührte und zwischen der Zone unmittelbar hinter dem Flammhalter und der außerhalb desselben liegenden Zone ein hoher Geschwindigkeitsabfall bestand, so daß eine ungeregelte Wirbelbildung auftrat. Außerdem bringt dieser Flammhalter den Nachteil einer starken Drosselung des hindurchströmenden Gases mit sich. Andere Ausführungen wieder brachten keine so gleichmäßige Verteilung der Durchflußgeschwindigkeit zustande, wie dies für eine gute Nachverbrennung wünschenswert ist.The invention has set itself the task of existing in flame holders of conventional construction Avoid disadvantages. The previously used to bring about a stabilized combustion in channels with flowing Gas used flame holders, which are usually trough-shaped arranged in the flow path of the gas Represented guide body, had the disadvantage that the flame the metal parts of the flame holder touched and between the zone immediately behind the flame holder and the one outside it lying zone there was a high drop in speed, so that an uncontrolled vortex formation occurred. In addition, this flame holder has the disadvantage of a strong throttling of the flow through it Gas with itself. Other designs did not produce such an even distribution of the flow rate comes about, as is desirable for good afterburning.

Gemäß der Erfindung wird vorgeschlagen, den Flammhalter aus zwei Teilen bestehen zu lassen, deren erster die Axialkomponente der Geschwindigkeit des durch den Flammhalter strömenden Gases von einem Minimalwert längs der Flammhalterquerschnittsachse allmählich bis zu einem Maximalwert anwachsen läßt, der in den am weitesten von der Querschnittsachse entfernten Strömungspunkten erreicht wird, so daß ein konvexes, trogförmiges Geschwindigkeitsprofil des durch den Flammhalter strömenden Gases erzeugt wird, und deren zweiter als Diffusor für das Gas wirkt, indem er durch divergierende Wände die gesamten im Strömungsquerschnitt auftretenden Gasgeschwindigkeiten des trogförmigen Geschwindigkeitsprofils verringert, so daß stromabwärts vom ersten Teil bzw. Abschnitt ein Staupunkt entsteht, in dessen Umgebung das Gas gezündet werden kann. Hierdurch wird die Verbrennungszone in die Achse des Flammhalters gelegt, eine dem Flammhalter im zweiten Abschnitt etwa ähnliche Form der Verbrennungszone erzielt und eine Berührung der Metallteile des Flammhalters mit der Flamme vermieden, was die Lebensdauer des Flammhalters bedeutend erhöht. Die Bildung eines trog-Flammhalter According to the invention it is proposed to have the flame holder consist of two parts, the first of which is the axial component of the velocity of the gas flowing through the flame holder from a minimum value along the flame holder cross-sectional axis gradually to a maximum value can grow, which reaches in the most distant from the cross-sectional axis flow points is, so that a convex, trough-shaped velocity profile through the flame holder flowing gas is generated, and its second acts as a diffuser for the gas by passing through diverging Walls the total gas velocities occurring in the flow cross-section of the trough-shaped Reduced speed profile, so that downstream of the first part or section, a stagnation point arises, in the vicinity of which the gas can be ignited. This creates the combustion zone placed in the axis of the flame holder, one of the flame holder in the second section about A similar shape of the combustion zone achieved and a contact of the metal parts of the flame holder with the Flame avoided, which significantly increases the life of the flame holder. The formation of a trough-flame holder

Anmelder:Applicant:

United Aircraft Corporation, East Hartford, Conn. (V. St. A.)United Aircraft Corporation, East Hartford, Conn. (V. St. A.)

Vertreter: Dr.-Ing. H. Ruschke, Patentanwalt, Berlin-Grunewald, Auguste-Viktoria-Str. 65Representative: Dr.-Ing. H. Ruschke, patent attorney, Berlin-Grunewald, Auguste-Viktoria-Str. 65

Stanley Joseph Markowski, East Hartford, Conn.Stanley Joseph Markowski, East Hartford, Conn.

(V. St. Α.),
ist als Erfinder genannt worden(V. St. Α.),
has been named as the inventor

förmigen Geschwindigkeitsprofils im ersten Flammhalterabschnitt, bei dem also die Punkte maximaler Axialdurchflußgeschwindigkeit am weitesten von der Flammhalterachse entfernt sind, wird entweder durch Ausstattung dieses Abschnitts mit Schaufeln von geeignetem Umriß, die eine drehende Wirkung von über den Strömungsquerschnitt unterschiedlicher Stärke auf den Gasstrom ausüben, durch Kammern, die eine plötzliche Expansion des Gases herbeiführen, oder durch andere Mittel erzielt. Die Diffusorwirkung auf die in ihrer Geschwindigkeitsverteilung profilierten Gase erfolgt dann im zweiten Abschnitt des Flammhalters durch Teile mit divergierenden Wänden, wodurch die Gase gezwungen werden, längs der stromabwärts liegenden Flächen dieses Abschnitts zu fließen, und eine weitere Geschwindigkeitsherabsetzung derselben bis zu einem Grade stattfindet, daß eine symmetrische Strömungsstreuung um die Flammhalterachse herum auftritt, wodurch sich eine Stauzone und, in Strömungsrichtung gesehen dahinter, eine Zone rückwärts fließenden Gases bildet. Beide Zonen, deren Lage bzw. Größe sich übrigens bei dem erfindungsgemäß ausgeführten Flammhalter je nach Bedarf vorbestimmen läßt, sind hierbei von den Metallteilen des Flammhalters getrennt, so daß eine Berührung der letzteren durch Gase der Verbrennungszone vermieden wird. Für die gute Wirkung des Flammhalters in einem Nachbrenner ist es von entscheidender Wichtigkeit, daß die den Flammhalter passierenden Gase zuerst in ihrer Geschwindigkeitsverteilung profiliert und dann erst verzögert werden, weil sonst infolge in der Gasströmung auftretender Zentrifugalkräfte eine Ablösung des Gasstromes von den Diffusorwänden auftreten würde, wodurch dieshaped speed profile in the first flame holder section, in which the points are maximal Axial flow rate furthest from the flame holder axis will be either by equipping this section with blades of suitable shape that have a rotating effect of exerting different strengths on the gas flow across the flow cross-section, through chambers, which cause a sudden expansion of the gas, or achieved by other means. The diffuser effect on the gases profiled in their velocity distribution then takes place in the second section of the Flame holder by parts with diverging walls, whereby the gases are forced along the downstream areas of this section to flow, and a further reduction in speed the same takes place to the extent that a symmetrical flow spreading about the flame holder axis occurs around, creating a stagnation zone and behind it, seen in the direction of flow, forms a zone of backward flowing gas. Both zones, the location and size of which are incidentally different in the According to the invention designed flame holder can be predetermined as required, are here of the Metal parts of the flame holder are separated so that the latter can be contacted by gases from the combustion zone is avoided. It is crucial for the flame holder to work well in an afterburner It is important that the gases passing through the flame holder are first profiled in their velocity distribution and only then delayed, because otherwise, as a result of centrifugal forces occurring in the gas flow, the gas flow will detach from the diffuser walls would occur, thereby reducing the

209 678/81209 678/81

Fig. 5 eine Ansicht nach der Linie C-C der Fig. 2 zur Veranschaulichung der gleichsinnig drehenden Schaufelgitter,FIG. 5 shows a view along the line CC of FIG. 2 to illustrate the vane grids rotating in the same direction,

Fig. 6 eine Ansicht nach der Linie D-D der Fig. 2 5 zur Veranschaulichung der gleichsinnig drehenden Schaufelgitter,Fig. 6 is a view along the line D-D of FIG. 2 5 to illustrate the co-rotating Shovel grille,

Fig. 7 eine Ansicht nach der Linie A -A der Fig. 2 zur Veranschaulichung der gegensinnig drehenden Schaufelgitter,FIG. 7 shows a view along the line A -A of FIG. 2 to illustrate the counter-rotating blade grids,

Fig. 8 eine Ansicht nach der Linie B-B der Fig. 2 zur Veranschaulichung der gegensinnig drehenden Schaufelgitter,FIG. 8 shows a view along the line BB of FIG. 2 to illustrate the blade grids rotating in opposite directions,

Fig. 9 eine Ansicht nach der Linie C-C der Fig. 2 zur Veranschaulichung der gegensinnig drehenden9 shows a view along the line CC of FIG. 2 to illustrate the counter-rotating

Flamme an letztere zurücklecken kann. Zur Herbeiführung des angestrebten Gasgeschwindigkeitsprofils
mit minimaler Axialdurchflußgeschwindigkeit durch
den Flammhalter ist die Wahl der Winkel, nach
denen die Schaufeln des ersten Abschnittes geformt
sind, von Wichtigkeit, damit nicht wie bei bekannten
Flammhalterausführungen eine Ablösung des Gasstromes von den Diffusorwänden beim Durchströmen
des Flammhalters auftritt und damit keine Metallteile in Berührung mit Flammen der Verbrennungs- io
zone geraten. Ebenso wichtig hierfür ist die Richtung,
in der die Schaufehl durch zweckmäßige Formung
derselben das durch diesen Abschnitt hindurchströmende Gas drehen; es werden beiderseits der
mittleren Trennwand des Abschnitts 1 sowohl den 15 Schaufelgitter, Gasstrom im gleichen Drehsinn wie auch denselben Fig. 10 eine Ansicht nach der Linie D-D der Fig. 2Flame can leak back to the latter. To achieve the desired gas velocity profile
with minimum axial flow rate
the flame holder is the choice of angle, according to
which shaped the blades of the first section
are, of importance, so not as with known ones
Flame holder designs a separation of the gas flow from the diffuser walls when flowing through
of the flame holder occurs and thus no metal parts come into contact with the flames of the combustion io
zone advised. Just as important for this is the direction
in which the shovel flaws through appropriate shaping
the same rotate the gas flowing through this section; there will be both sides of the
middle partition of section 1, both the blade grille, gas flow in the same direction of rotation as well as the same FIG. 10 a view along the line DD of FIG. 2

in zwei einander entgegengesetzten Richtungen dre- zur Veranschaulichung der gegensinnig drehenden hende Schaufeln verwendet. Bei Flammhaltern mit Schaufelgitter,rotating in two opposite directions to illustrate the opposing directions used moving shovels. For flame holders with a shovel grille,

dem Gas eine plötzliche Expansion erteilenden Kam- Fig. 11 das Profil der axialen Komponente derFig. 11 shows the profile of the axial component of the gas

mern und solchen mit mehreren den Strömungsquer- 20 Durchflußgeschwindigkeit C_x an der Stelle 2-2 in schnitt im ersten Abschnitt des Flammhalters ver- Fig. 2 zur Veranschaulichung einer gleichmäßigen engenden Durchgängen, die zwei andere Ausfüh- Geschwindigkeitsänderung und des aerodynamischen rungsarten des Flammhalters darstellen, treten keine Troges,mern and those with several cross flow rates C _x at the point 2-2 in section in the first section of the flame holder do not step troughs,

Schwierigkeiten durch Aufspalten des Gasstromes in Fig. 12 das Profil der Umfangsgeschwindigkeit C_t Difficulties caused by splitting the gas flow in Fig. 12 the profile of the circumferential speed C _t

mehrere Einzelströme auf. — Ein weiterer Unter- 25 oder der tangentialen Geschwindigkeit an der Stelle schied des Flammhalters der erfindungsgemäßen Aus- 2-2 der Fig. 2 für gegensinnig drehende Schaufelgitter, führung gegenüber bekannten Konstruktionen desselben besteht darin, daß der Flammhalter so im
Nachbrenner angeordnet sein kann, daß die Gase sowohl durch den Flammhalter wie außen um ihn her- 30
umströmen und hinter ihm eine Verbrennungszone
von ungefähr der Gestalt des Flammhalters herstellen. — Bei allen diesen Flammhalterausführungen
befinden sich die unverbrannten Gase für eine
wesentlich längere Zeitdauer und über einen wesent- 35 komponente,several individual streams. - Another under- 25 or the tangential speed at the point of the flame holder differed from the embodiments according to the invention 2-2 of FIG
Afterburner can be arranged that the gases both through the flame holder and outside around it
flow around and behind him a combustion zone
of approximately the shape of the flame holder. - With all of these flame holder designs
are the unburned gases for a
much longer time and over a substantial 35 component,

lieh größeren Bereich hin als bei bisher gebrauch- Fig. 15 das Profil der axialen Komponente derborrowed a larger area than previously used. Fig. 15 shows the profile of the axial component of the

liehen Ausführungen mit dem die Zündung bewirken- Durchflußgeschwindigkeit C_x an der Stelle 4-4 der den Bereich rückwärts fließenden Gases in Berührung Fig. 2 zur Veranschaulichung der Bildung eines und kann die Wirbelung des Gasstromes zwischen Rückflußbereiches strömungsabwärts von dem Staudem normalen und einem sehr hohen Wert beherrscht 40 punkt,Borrowed designs with the cause of the ignition flow rate C _x at the point 4-4 of the area backward flowing gas in contact Fig. 2 to illustrate the formation of a and can the vortex of the gas flow between reflux areas downstream of the stagnant normal and a very high Value dominates 40 points,

und weiterhin auf den Bereich, wo das Gas zu Fig. 16 einen Querschnitt des aerodynamischenand continue to the area where the gas to Fig. 16 is a cross section of the aerodynamic

brennen beginnt, konzentriert werden. Flammhalters, bei dem eine Mehrzahl von Schaufelnburn begins to become concentrated. Flame holder in which a plurality of blades

Da der erfindungsgemäße Flammhalter, wie ge- in Form eines Schaufelgitters verwendet wird, zeigt, in mannigfacher Weise von aerodynamischen Fig. 17 eine Darstellung der SchaufelquerschnitteSince the flame holder according to the invention, as is used in the form of a blade grille, shows, in various ways, from aerodynamic FIG. 17 a representation of the blade cross-sections

Mitteln und Gesetzen zur Strömungsbeeinflussung 45 längs der Linie 17-17 der Fig. 16, Gebrauch macht, soll er im folgenden vielfach kurzer- Fig. 18 eine Darstellung der SchaufelquerschnitteMeans and laws for influencing flow 45 along line 17-17 of FIG. 16, Makes use of it, it is intended to be much shorter in the following - Fig. 18 shows the blade cross-sections

hand als »aerodynamischer Flammhalter« bezeichnet längs der Linie 18-18 der Fig. 16, werden. Fig. 19 das Profil der axialen Durchflußgeschwin-hand referred to as an "aerodynamic flame holder" along the line 18-18 of FIG. 16, will. 19 shows the profile of the axial flow rate

An Hand der Zeichnungen werden jetzt Ausfüh- digkeit C_x an der Stelle 66-66 der Fig. 16 zur Darrungsbeispiele von erfindungsgemäß gestalteten 50 stellung eines Troges mit abgestuftem Geschwindig-Flammhaltern beschrieben. Es zeigt keitsquerschnitt,With reference to the drawings, detail C _x at the point 66-66 in FIG. 16 for examples of presentation of a position of a trough with graduated speed flame holders designed according to the invention will now be described. It shows cross-section,

Fig. 1 die Darstellung eines Nachbrenners der — - -Fig. 1 shows an afterburner of the - - -

Bauart, die in modernen Turbotriebwerken für Flugzeuge verwendet wird, wobei die Darstellung teilweise weggebrochen ist, um den erfindungsgemäßen, aero- 55 dynamischen Flammhalter zu zeigen,Type that is used in modern turbo engines for aircraft, the representation being partially is broken away to show the aerodynamic flame holder according to the invention,

Fig. 2 einen Querschnitt des aerodynamischen Flammhalters, bei dem Schaufelgitter mit über den Strömungsquerschnit unterschiedlich stark drehenderFig. 2 shows a cross section of the aerodynamic flame holder, in which the blade grille with over the Flow cross-section rotating at different speeds

Wirkung auf den Gasstrom verwendet werden, zur 60 Flammhalters, bei dem Gasdurchgänge mit Strö-Veranschaulichung des Staupunktes, des Rückfluß- mungswiderstand verwendet werden, welche dieEffect on the gas flow can be used for the 60 flame holder, in which gas passages with flow illustration the stagnation point, the reflux resistance can be used, which the

Fig. 13 das Profil der Umfangsgeschwindigkeit C_t oder der tangentialen Geschwindigkeit an der Stelle 2-2 der Fig. 2 für gleichsinnig drehende Schaufelgitter,13 shows the profile of the circumferential speed C _t or the tangential speed at point 2-2 in FIG. 2 for blade grids rotating in the same direction,

Fig. 14 das Profil der axialen Komponente der Durchflußgeschwindigkeit C_x an der Stelle 3-3 der Fig. 2 zur Veranschaulichung der Bildung des Staupunktes und daran angrenzend des niedrigen Gradienten der axialen Durchflußgeschwindigkeits-14 shows the profile of the axial component of the flow rate C _x at point 3-3 of FIG. 2 to illustrate the formation of the stagnation point and, adjacent to it, the low gradient of the axial flow rate

Fig. 20 einen Querschnitt des aerodynamischen Flammhalters, bei dem eine noch größere Anzahl Schaufeln verwendet werden,Fig. 20 is a cross section of the aerodynamic Flame holder that uses an even larger number of blades,

Fig. 21 das Profil der axialen Geschwindigkeit an der Stelle 70-70 der Fig. 20 zur Veranschaulichung einer abgestuften Geschwindigkeitsverteilung mit einer größeren Stufenanzahl als in Fig. 19,Figure 21 shows the axial velocity profile at location 70-70 of Figure 20 for illustrative purposes a graduated speed distribution with a greater number of steps than in Fig. 19,

Fig. 22 einen Querschnitt des aerodynamischenFig. 22 is a cross section of the aerodynamic

bereiches und der Flammenfront,area and the flame front,

Fig. 3 eine Ansicht nach der Linie A-A der Fig. 2 zur Veranschaulichung der gleichsinnig drehenden Schaufelgitter,Fig. 3 is a view along the line A-A of Fig. 2 to illustrate the co-rotating Shovel grille,

Fig. 4 eine Ansicht nach der Linie B-B der Fig. 2 zur Veranschaulichung der gleichsinnig drehenden Schaufelgitter,FIG. 4 shows a view along the line BB of FIG. 2 to illustrate the vane grids rotating in the same direction,

Funktion haben, die Verteilung der Durchflußgeschwindigkeit C_x so zu ändern, wie es in Fig. 21 veranschaulicht ist,Have a function of changing the distribution of the flow rate C _x as illustrated in Fig. 21,

65 Fig. 23 eine schematische Darstellung eines der Gasdurchgänge mit Strömungswiderstand oder Widerstandsgitter, die in der Anordnung gemäß Fig. 22 verwendet werden.65 Fig. 23 is a schematic representation of one of the gas passages with flow resistance or resistance grid, which are used in the arrangement according to FIG.

Fig. 24 einen Querschnitt des aerodynamischen Flammhalters, bei dem ein Durchgang für plötzliche Expansion verwendet wird, um das Durchflußgeschwindigkeitsprofil zu ändern,24 is a cross-section of the aerodynamic flame holder with a passage for sudden Expansion is used to change the flow rate profile,

Fig. 25 eine Darstellung, gesehen von der Linie 25-25 der Fig. 24,Fig. 25 is an illustration as seen from line 25-25 of Fig. 24;

Fig. 26 eine Darstellung des Profils der axialen Durchflußgeschwindigkeit C_x an der Stelle 100-100Fig. 26 is an illustration of the profile of the axial flow rate C _x at the point 100-100

brenner 10 strömenden Gase ausgestoßen werden müssen. Die Schubdüse 16 wird durch irgendeine zweckmäßige Betätigungsvorrichtung betätigt, wie etwa eine hydraulische Zylinder-Kolben-Einheit 18. Der Flammhalter 20 ist in dem Nachbrenner 10 angeordnet und dient dazu, eine stagnierende Fläche oder einen Bereich der Gasströmungsgeschwindigkeit zu schaffen, wobei diese kleiner als die Flammengeschwindigkeit strömungsabwärts davon ist, in derburner 10 flowing gases must be expelled. The nozzle 16 is through any appropriate actuating device is actuated, such as a hydraulic cylinder-piston unit 18. The flame holder 20 is arranged in the afterburner 10 and is used to prevent a stagnant surface or to create a range of gas flow velocity which is less than the flame velocity downstream of it is in the

der Fig. 24,of Fig. 24,

Fig. 27 einen Querschnitt des aerodynamischen io die Verbrennung aufrechterhalten werden kann. Der Flammhalters, bei dem Gasdurchgänge mit Strö- Brennstoff kann in den Nachbrenner 10 mit irgendmungswiderstand und/oder mit Schaufeln oder einer geeigneten Vorrichtung, wie etwa dem Brenn-Schaufelgitter in Kombination mit einer üblichen stoffsprüh- oder -düsenstab 22 eingeleitet werden, mechanisch ausgebildeten Flammhaltermulde verwendet werden,Figure 27 is a cross section of the aerodynamic io combustion can be sustained. Of the Flame holder, in which gas passages with electricity fuel can in the afterburner 10 with any resistance and / or with shovels or a suitable device, such as the combustion shovel grid be introduced in combination with a conventional fabric spray or nozzle rod 22, mechanically designed flame holder troughs are used,

Fig. 28 eine Darstellung des Profils der axialen Durchflußgeschwindigkeit C_x an der Stelle 108-108 der Fig. 27,FIG. 28 shows the profile of the axial flow rate C _x at the point 108-108 in FIG. 27, FIG.

Fig. 29 einen Querschnitt des aerodynamischenFig. 29 is a cross section of the aerodynamic

abwärts von dem Flammhalter 20 befindet. Zündung und Verbrennung des Brennstoff-Luft-Gemisches treten in dem stagnierenden Bereich 26 auf.located downward from the flame holder 20. Ignition and combustion of the fuel-air mixture occur in the stagnant area 26.

Bei dem hier offenbarten aerodynamischen Flammhalter strömt das Gas sowohl durch als auch um die Flammhaltereinheit, und der Flammhalter ist so gestaltet, daß er zuerst das Geschwindigkeitsprofil des durch den Flammhalter strömenden Gases zwecksIn the case of the aerodynamic flame holder disclosed here, the gas flows both through and around the Flame holder unit, and the flame holder is designed so that it first has the speed profile of the gas flowing through the flame holder for the purpose of

durch den Brennstoff in vernebelter Form in den Nachbrenner 10 gesprüht wird. Irgendeine zweckmäßige Vorrichtung, wie etwa die Zündkerze 24, eine explosive Ladung oder ein Flammenstrahl aus Zündbrennstoff, der von der Hauptbrennkammer durch die Turbine hindurchgeblasen wird, kann zum Zündenis sprayed into the afterburner 10 by the fuel in atomized form. Any suitable one Device, such as the spark plug 24, an explosive charge or flame jet of pilot fuel, that is blown through the turbine from the main combustion chamber can be ignited

Flammhalters, der unsymmetrisch ausgebildet ist, um 20 des Brennstoff-Luft-Gemisches verwendet werden, das eine andere Lage des Staupunktes und des Gasrück- sich in dem stagnierenden Bereich 26 strömungsflußbereiches zu erreichen, als sie die vorhin dargestellten Flammhalter aufweisen,Flame holder, which is designed asymmetrically, can be used to 20 of the fuel-air mixture that another position of the stagnation point and the gas back in the stagnant area 26 flow area than they have the flame holders shown above,

Fig. 30 und 31 Endansichten von Teilen des aerodynamischen Flammhalters des Typs mit Strömungswiderstand aufweisenden Durchgängen zur Veranschaulichung der Struktur der Durchgänge für hohe und geringe Geschwindigkeit.Figures 30 and 31 are end views of portions of the aerodynamic Flame retainer of the type with flow resisting passages for illustrative purposes the structure of the high and low speed passages.

Zur Vereinfachung und Veranschaulichung einer
vollständigen und arbeitsfähigen Ausführungsform 3o Bildung eines aerodynamischen Troges ändert, d. h. wird die Erfindung mit Bezug auf einen Flammhalter den Geschwindigkeitsquerschnitt so ändert, daß die zur Verwendung in einem Gasdurchgang beschrieben, Geschwindigkeit ein Minimum an seiner Mittellinie durch den Gas strömt, wie etwa den Nachbrenner oder längs der Flammhalterquerschnittsachse ist und eines modernen Flugzeugstrahltriebwerkes. Es ist die entweder gleichmäßig oder auf andere Art fort-Aufgabe eines solchen Flammhalters, einen Bereich 35 schreitet, um ein Maximum an den beiderseits der zu schaffen, der die Verbrennung innerhalb des Gas- Mittellinie oder der Flammhalterquerschnittsachse durchgangs führen oder tragen kann, ohne die Gas- weitest entfernten Punkten zu werden, verzögert dann strömung durch den Durchgang nachteilig zu dros- das durch den Flammhalter geströmte Gas, so daß sein. Falls in einem Nachbrennerkanal kein Flamm- ein Staupunkt an einer Stelle strömungsabwärts von halter verwendet würde, würde jede darin entzündete 40 dem zuvor erwähnten Minimalgeschwindigkeitsbereich Flamme durch den Kanal geblasen und nach außen entsteht, und verzögert dann dieses Abgas weiter, so getrieben werden. Der Flammhalter muß einen daß ein Gasrückflußbereich strömungsabwärts von stagnierenden Bereich herstellen, in dem die Zündung dem Staupunkt entsteht. Der Staupunkt liefert aus- und Verbrennung vor sich gehen kann. gezeichnete Brennstoff-Luft-Zündmöglichkeiten undTo simplify and illustrate a
complete and workable embodiment 3o formation of an aerodynamic trough changes, ie the invention with respect to a flame holder changes the velocity cross-section so that the velocity described for use in a gas passage, velocity flows through the gas at a minimum at its center line, such as the afterburner or along the flame holder cross-sectional axis and of a modern aircraft jet engine. It is the task of such a flame holder, either uniformly or in some other way, to progress a region 35 to create a maximum of both sides that can guide or support the combustion within the gas centerline or the flame holder cross-sectional axis without the To become gas points furthest away then delays flow through the passage adversely to throttle the gas which has flown through the flame holder, so that its. If no flame stagnation point were used in an afterburner duct at a location downstream from halter, any flame ignited therein within the aforementioned minimum velocity range would be blown through the duct and created outward, and then retarding this exhaust gas further to be driven so. The flame holder must create a gas reflux area downstream of the stagnant area in which ignition occurs at the stagnation point. The stagnation point supplies out and combustion can go on. drawn fuel-air ignition options and

Es wird bemerkt, daß die Form der Flammhalter- 45 zusammen mit dem Gasrückflußbereich ausgezeicheinheit 20 für die Erfindung unwesentlich ist, da die nete Möglichkeiten für die Führung und Aufrecht-Flammhaltereinheit 20 einen oder mehrere Ringe erhaltung der Verbrennung.It is noted that the shape of the flame holder 45 together with the gas reflux area is distinctive 20 is insignificant for the invention, since the Nete possibilities for the leadership and upright flame holder unit 20 one or more rings to preserve the combustion.

oder radial vortretende Speichen, die von der Nach- Obgleich der hier offenbarte aerodynamischeor radially protruding spokes produced by the aerodynamic, although the one disclosed herein

brennermittellinie radial nach außen gegen die Nach- Flammhalter in mehrfach verschiedener Weise ausgebrennerwandungen vorspringen, einen sternförmigen 5o bildet werden kann, wird hier zum Zwecke der BeRahmen und eine Spirale oder irgendeine andere Schreibung hauptsächlich eine Bauart mit Schaufelgittern und eine mit Strömungswiderständen behandelt. burner center line radially outwards against the after-flame holder burned-out walls in several different ways protrude, a star-shaped 5o can be formed, is here for the purpose of the framework and a spiral or some other spelling mainly of a type with paddle grilles and one treated with flow resistances.

Fig. 2 zeigt einen Querschnitt des Flammhalters 20. Der Querschnitt ist darstellungsgemäß ohne Beziehung zu der Gesamtform des Flammhalters unabhängig davon, ob er ringförmig oder in einer anderen der aufgezählten Formen ausgebildet ist. Der Flammhalter 20 weist zwei Hauptteile auf, wobei der ersteFig. 2 shows a cross section of the flame holder 20. The cross section is shown as unrelated to the overall shape of the flame holder regardless of whether it is ring-shaped or in another the enumerated forms is formed. The flame holder 20 has two main parts, the first

die Abgasausströmung auf. Der Nachbrenner 10 ist 60 der Geschwindigkeitsprofiländerungsabschnitt 30 und im wesentlichen ein Gasdurchgang, der vorzugsweise der zweite der Diffusorabschnitt 32 ist. Luft tritt in Kreisquerschnitt hat und von der Nachbrenner- den Flammhalter 20 ein und verläuft zuerst durch wandung 12 begrenzt oder darin enthalten ist. Der den Geschwindigkeitsprofiländerungsabschnitt 30 und Nachbrennerkanal 12 ist symmetrisch um die Nach- dann durch den Diffusorabschnitt 32, von dem sie in brennermittellinie oder -achse 14 angeordnet. Der 65 den Stagnationsbereich 26 gelangt. Der Geschwindig-Nachbrenner 10 kann mit einer Schubdüse 16 ver- keitsänderungsbereich 30 besteht darstellungsgemäß sehen sein, die zum Ändern der Ausströmfläche ver- aus einer Trennplatte 34 und einem äußeren Schaufelwendet wird, durch welche die durch den Nach- gitter 36 auf der einen Seite und einem innerenthe exhaust gas outflow. The afterburner 10 is the speed profile changing section 30 and 60 essentially a gas passageway, which is preferably the second of the diffuser sections 32. Air enters Has a circular cross-section and from the afterburner the flame holder 20 and runs through first wall 12 is limited or included. The speed profile changing section 30 and Afterburner duct 12 is symmetrical around the afterburner then through the diffuser section 32, from which it is in burner center line or axis 14 arranged. The 65 reaches the stagnation area 26. The speed afterburner 10, with a thrust nozzle 16, there is a market change area 30 as shown be seen, which uses a partition plate 34 and an outer vane to change the outflow area is, through which the through the post-grid 36 on the one hand and an inner

Gestaltungsform aufweisen kann, die in einer einzigen Radialebene mit Bezug auf den Nachbrenner liegen oder axial längs der Nachbrennermittellinie versetzt sein kann.May have design that lie in a single radial plane with respect to the afterburner or axially offset along the afterburner centerline.

In Fig. 1 ist der Nachbrenner 10 strömungsabwärts vom Turbinenauslaß eines modernen Flugzeugturbostrahltriebwerkes etwa des in der USA.-Patentschrift 2 770 946 offenbarten Typs angeordnet und nimmtIn Fig. 1, afterburner 10 is downstream from the turbine outlet of a modern aircraft turbojet engine of the type disclosed in U.S. Patent 2,770,946

Schaufelgitter 38 auf der anderen Seite der Platte. Es ist ein Kennzeichen der in den Gittern 36 und 38 verwendeten Beschaufelung, daß der Grad der Gasströmungsdrehung, der durch die Schaufelkontur verursacht wird, sich von den Wandungen 40 und 42 in Richtung der Trennplatte 34 vergrößert, so daß der größte Drall in der Nähe der Trennplatte 34 auftritt. Die Gitter 36 und 38 können für gleichsinnige Drehimg gestaltet sein, wobei dann die SchaufelstellenShovel grid 38 on the other side of the plate. It is a feature of those in grids 36 and 38 Blading used that the degree of gas flow rotation caused by the blade contour is enlarged from the walls 40 and 42 in the direction of the partition plate 34, so that the greatest twist in the vicinity of the separating plate 34 occurs. The grids 36 and 38 can rotate in the same direction be designed, then the blade points

lediglich der Staupunkt 48, der ein ruhender Punkt oder ein im wesentlichen stagnierender Punkt ist, entsteht, und zwar derart, daß kein oder nur ein kleiner Gasrückflußbereich, wie im folgenden beschrieben ist, auftritt.only the stagnation point 48, which is a point of rest or an essentially stagnant point, arises, in such a way that no or only a small gas reflux area, as described below is, occurs.

Beim Durchlaufen von den Stellen. 3-3 zu 4-4 des Diffusorabschnittes 32 wird das Gas weiter verzögert, wobei eine weitere Geschwindigkeitsverminderung erfolgt, so daß an der Stelle 4-4 der Fig. 2 ein Profil längs der Linien A-A, B-B, C-C, D-D in Fig. 3 bis 6 io der Durchflußgeschwindigkeit C_x vorhanden ist, wie dargestellt sind. Wenn die Gitter 36 und 38 für es in Fig. 15 dargestellt ist, d. h. daß Bereiche gegensinnige Drehung entwickelt sind, sind die positiver Strömung 50 und 52 beiderseits eines Rück-Schaufelstellen A-A, B-B, C-C bzw. D-D in Fig. 7 flußbereiches 54 vorhanden sind, so daß ein Rückbis 10 dargestellt. Die Schaufelgitter 36 und 38 haben flußbereich 54 stömungsabwärts von dem Staupunkt die Funktion, die Gasströmung zu drehen, so daß 15 48 und im wesentlichen symmetrisch zu der Achse sich die axiale Komponente der Durchflußgeschwin- 44 auftritt, wie in Fig. 2 dargestellt ist. digkeit längs der Querschnittsachse 44 des Flamm- Aus Fig. 2 erkennt man mit Bezug auf den inWhen going through the bodies. 3-3 to 4-4 of the diffuser section 32, the gas is decelerated further, with a further reduction in speed, so that at the point 4-4 in FIG. 2 a profile along the lines AA, BB, CC, DD in FIG. 3 to 6 io of the flow rate C _{x is} present, as shown. If the grids 36 and 38 for it are shown in FIG. 15, that is to say that areas of opposite rotation are developed, the positive flows 50 and 52 on either side of a reverse vane location AA, BB, CC and DD , respectively, in FIG. 7 flow area 54 are present are so that a back to 10 is shown. The vane grids 36 and 38 have the function of rotating the gas flow downstream of the stagnation point so that the axial component of the flow rate 44 occurs, as shown in FIG. 2, and is substantially symmetrical about the axis. speed along the cross-sectional axis 44 of the flame. From Fig. 2 can be seen with reference to the in

halters 20 auf ein Minimum ändert und sich auf Fig. 11 dargestellten Geschwindigkeitsverlauf, daß jeder Seite davon vergrößert, und zwar symmetrisch, immer Gas- oder Luftströmung in der positiven oder gleichmäßig oder in anderer Weise, um an den am 20 Abströmrichtung vorhanden ist, die durch den Abweitesten entfernten Punkten auf jeder Seite der schnitt 30 oder die Gitter 36 und 38 sowie strömungs-Achse 44 ein Maximum zu werden, wie in Fig. 11 abwärts darüber hinaus verläuft. Somit hindert die dargestellt ist, die ein Schnitt nach der Ebene 2-2 der positive Strömung die Flamme oder die heißen Gase Fig. 2 ist. Der hier verwendete Begriff der axialen der Verbrennung, die in dem Gasrückflußbereich 54 Komponente der Durchflußgeschwindigkeit bedeutet as erfolgt, sich so weit strömungsaufwärts zu bewegen, eine Gasgeschwindigkeit durch den Flammhalter 20 daß es zu einer Berührung mit den Teilen der Gitter in einer zu der Achse 44 parallelen Richtung und ist 36 und 38 kommt. Weiterhin strömt die in dem als C_x im Gegensatz zu der tangentialen oder Um- Diffusorabschnitt 32 verzögerte Luft an den Wanfangsgeschwindigkeit C₁ bekannt, die in einer zu der düngen 40 und 42 des Diffusors entlang, wodurch die Achse 44 senkrechten Ebene fließt. In solchen An- 30 Grenzen der Flammenfront 60 definiert werden, die lagen, in denen die Schaufeln der Gitter 36 und 38 angenähert die in Fig. 2 dargestellte Lage hat. Die gleichmäßig verdreht sind, ist das axiale Durchfluß- positive Luftströmung durch die Gitter 36 und 38 geschwindigkeitsprofil so wie in Fig. 11 und ändert und über diese hinaus und dazu die Luftströmung an sich von einem Minimum auf ein Maximum fort- den Wandungen 40 und 42 des Diffusorabschnitts 32 schreitend auf jeder Seite der Achse 44 oder der 35 entlang dienen dazu, alle Teile des Flammhalters 20 Trennplatte 34. Stufen können in dem Durchfluß- zu kühlen und zu verhindern, daß weder die Flamme geschwindigkeitsprofil dadurch erzielt werden, daß noch die heißen Verbrennungsgase, die in der den man Schaufeln in den Gittern 36 und 38 verwendet, Gasrückflußbereich 54 einnehmenden Verbrenungsdie gleichmäßig verwunden oder verdreht sind, die zone 26 erzeugt werden, in Berührung mit den Teilen jedoch aus Abschnitten mit unterschiedlichem und 40 des Flammhalters 20 gelangen, sich änderndem Verwindungsgrad hergestellt sind. Wie zuvor erwähnt wurde, kann ein sich gleich-holder 20 changes to a minimum and is shown on Fig. 11 speed curve, that each side of it increases, and symmetrically, always gas or air flow in the positive or uniform or in some other way, in order to be present at the outflow direction at 20, the through the farthest points on either side of the intersection 30 or the grids 36 and 38 and flow axis 44 to become a maximum, as in Fig. 11 extends downward beyond it. Thus, what is shown is a section along the plane 2-2 of the positive flow preventing the flame or hot gases from FIG. As used herein, the term of the axial of the combustion, which occurs in the gas reflux area 54 component of the flow velocity, means moving so far upstream, a gas velocity through the flame holder 20, that it comes into contact with the parts of the grids in one to the axis 44 parallel direction and is 36 and 38 comes. Furthermore, the air which is delayed as C _x in contrast to the tangential or circumferential diffuser section 32 flows at the initial velocity C ₁ , which is in a plane perpendicular to the fertilizers 40 and 42 of the diffuser, whereby the axis 44 flows. In such areas 30 limits of the flame front 60 are defined which were located in which the blades of the grids 36 and 38 have approximately the position shown in FIG. Which are evenly twisted, the axial flow-positive air flow through the grilles 36 and 38 is the velocity profile as in FIG of the diffuser section 32 stepping on either side of the axis 44 or 35 serve to cool all parts of the flame holder 20 separator plate 34. Stages can be in the flow-through and prevent that neither the flame velocity profile can be achieved by nor the hot Combustion gases that are used in the combustion using the vanes in the grids 36 and 38, gas reflux area 54, which are evenly twisted or twisted, the zone 26 are created, but come into contact with the parts from sections with different and 40 of the flame holder 20, themselves changing degree of torsion are produced. As mentioned earlier, an identical

Das Profil der Durchflußgeschwindigkeit C_x ist so ge- mäßig änderndes Profil der Durchflußgeschwindigkeit wählt, daß ein aerodynamischer Trog 46 (Fig. 11) C_x an der Stelle 2-2 der Fig. 2, wie es in Fig. 11 geentsteht, der mit Bezug auf den Flammhalterteil 30 zeigt ist, dadurch erhalten werden, daß Schaufeln in infolge der verschiedenen Grade an Verwindung 45 den Gittern 36 und 38 vorgesehen werden, die gleichkonvex ist, was an den verschiedenen Stellen der mäßige Verwindung haben. Weiterhin können abge-Schaufeln in den Gittern 36 und 38 erreicht wird. stufte Profile der Durchflußgeschwindigkeit C_x an derThe profile of the flow rate C _x is selected so that the profile of the flow rate changes moderately that an aerodynamic trough 46 (FIG. 11) C _x at the point 2-2 of FIG. 2, as it arises in FIG With reference to the flame holder part 30, this can be obtained by providing blades in the grids 36 and 38 as a result of the various degrees of twisting 45, which is uniformly convex, which has moderate twisting at the various points. Furthermore, shoveling in the grids 36 and 38 can be achieved. graded profiles of the flow rate C _x at the

Fig. 12 veranschaulicht das Profil der Umfangs- Stelle 2-2 der Fig. 2 dadurch erhalten werden, daß geschwindigkeit C_t an der Stelle 2-2 des Flamm- die Schaufeln der Gitter 36 und 38 so hergestellt halters 20, wenn die Gitter 36 und 38 für gegen- 50 werden, daß eine Mehrzahl von Stellen unterschiedsinnige Drehung gestaltet sind, während Fig. 13 dieses liehe Verwindungsgrade im Gegensatz zu einer Umfangsgeschwindigkeitsprofil an der Stelle 2-2 ver- gleichmäßigen Verwindung vorhanden ist. Die anschaulicht, wenn die Gitter 36 und 38 für gleich- Schaufeln mit Stellen unterschiedlicher Verwindung sinnige Drehung ausgebildet sind. beginnen mit den Stellen maximaler Verwindung an-Fig. 12 shows the profile of the circumferential illustrates point 2-2 of Fig. 2 be obtained, that speed of the flame C _t at the point 2-2, the blades of the grating holder 36 and 38 fabricated to 20 when the grid 36 and 38 for opposing the fact that a plurality of points are designed to rotate in different directions, while FIG. 13 shows this degree of twist in contrast to a circumferential speed profile at point 2-2 which is equal to twist. The illustrative when the grids 36 and 38 are designed for the same blades with points of different twist meaningful rotation. begin with the points of maximum torsion

Nachdem das durch den Flammhalter 20 strö- 55 grenzend an die Trennplatte 34 und setzen sich mit mende Gas die Durchflußgeschwindigkeitsverteilung geringer werdender Verwindung auf jeder Seite der erreicht, die in Fig. 11 an der Stelle 2-2 gezeigt ist, Trennplatte 34 bis zu den Stellen kleinster Verwinwird es in dem Abschnitt 32 zwischen den Stellen 2-2 dung fort, die angrenzend an die Wandungen 40 und und 3-3 verzögert, so daß Geschwindigkeitsverminde- 42 erreicht ist. Aus fertigungstechnischen Gründen rung auftritt. An der Stelle 3-3 ergibt sich dadurch 60 kann es zweckmäßig sein, die abgestufte Verteilung ein Profil der Durchflußgeschwindigkeit C_x, wie es der Durchflußgeschwindigkeit C_x dadurch zu erzielen, in Fig. 14 dargestellt ist, wobei die Strömung an dem daß eine Anzahl Gitter von mehr als zwei, wie z. B. Punkt 48 die Geschwindigkeit Null hat und kleine die in Fig. 16 dargestellte Vierfachgittereinheit, bei Geschwindigkeitsgradienten auf jeder Seite davon der die Schaufeln der äußeren Gitter 62 und 64 im vorhanden sind, so daß der Staupunkt 48 an der 65 wesentlichen stromlinienförmige Streben sind und die Stelle 3-3 im wesentlichen auf der Achse 44 ausge- Schaufeln der Gitter 36 und 38 in stärkerem Maße bildet wird. Durch geeignete Flächenbereichsauswahl entweder für gleichsinnige Drehung, wie im Zusamkann der Flammhalter 20 so entwickelt werden, daß menhang mit Fig. 2 beschrieben ist, oder für gegen-After this has flowed through the flame holder 20 adjacent to the partition plate 34 and the flow rate distribution of decreasing twisting on each side of the flow rate distribution is reached on each side of the partition plate 34 shown in FIG. 11 at position 2-2 If there is the slightest twist, it is continued in the section 32 between the points 2-2, which is decelerated adjacent to the walls 40 and and 3-3, so that the speed reduction 42 is reached. Occurs for manufacturing reasons. At point 3-3 this results in 60, it can be expedient to use the graduated distribution a profile of the flow rate C _x , as it is to achieve the flow rate C _x is shown in FIG. 14, the flow at which a number Grids of more than two, such as B. Point 48 has zero velocity and small the quadruple grid unit shown in Fig. 16, with velocity gradients on either side of which the vanes of the outer grids 62 and 64 are present, so that the stagnation point 48 at 65 are essentially streamlined struts and the point 3-3 is essentially formed on the axis 44-scooping the grids 36 and 38 to a greater extent. By suitable surface area selection either for rotation in the same direction, as in conjunction, the flame holder 20 can be developed in such a way that it is described with FIG.

sinnige Drehung verwunden sind, wie in Fig. 17 und 18 veranschaulicht ist. Der abgestufte, in Fig. 19 gezeigte Querschnitt der Durchflußgeschwindigkeit C_x wird an der Stelle 66-66 der Fig. 16 dadurch erhalten, daß Gas oder Luft durch den aerodynamischen Flammhalter 20 der Fig. 16 strömt.meaningful rotation, as illustrated in FIGS. 17 and 18 is illustrated. The stepped cross section of the flow rate C _x shown in FIG. 19 is obtained at the point 66-66 of FIG. 16 by gas or air flowing through the aerodynamic flame holder 20 of FIG.

Falls eine größere Anzahl Stufen in der Verteilung der Geschwindigkeit C_x gewünscht wird, kann eine Konstruktion des in Fig. 20 dargestellten Typs verwendet werden. Fig. 20 ist für eine Querschnittsdarstellung eines aerodynamischen Flammhalters kennzeichnend, bei dem eine Anzahl von Schaufelgittern verwendet wird, wobei die maximale Schaufelverwindung längs der Querschnittsachse 44 des Flammhalters 20 und eine Verminderung auf jeder Seite davon auf eine Minimalverwindung längs den Wandungen 40 und 42 vorhanden sind. In Fig. 20 ist die Verwindung der Schaufeln der Gitter 68 größer ais die Verwindung der Schaufeln der Gitter 36 und 38, die ihrerseits Schaufeln mit größerer Verwindung als die Schaufeln der Gitter 62 und 64 sind. Fig. 21 veranschaulicht die an der Stelle 70-70 der Fig. 20 erhaltene Verteilung der Dürchflußgeschwindigkeit C_x, die ein Minimum längs der Querschnittsachse 44 und ein Maximum längs den Wandungen 40 und 42 ist, um einen abgestuften aerodynamischen Trog entlang der Linie 72 der Fig. 21 zu bilden. Es ist ersichtlich, daß jede beliebige Anzahl Gitter unter Verwendung von Schaufeln für gleichsinnige oder gegensinnige Drehung in dieser Weise verwendet werden kann.If a greater number of stages in the distribution of the velocity C _{x is} desired, a construction of the type shown in Fig. 20 can be used. Fig. 20 is indicative of a cross-sectional view of an aerodynamic flame retainer employing a number of vane grids with maximum vane twist along cross-sectional axis 44 of flame retainer 20 and a reduction on either side thereof to a minimum twist along walls 40 and 42 . In FIG. 20, the twist of the blades of the grids 68 is greater than the twist of the blades of the grids 36 and 38, which in turn are blades with a greater twist than the blades of the grids 62 and 64. FIG. 21 illustrates the distribution of flow rate C _x obtained at location 70-70 of FIG. 20, which is a minimum along cross-sectional axis 44 and a maximum along walls 40 and 42, about a graduated aerodynamic trough along line 72 of FIG Fig. 21 to form. It will be seen that any number of grids using vanes for co-directional or counter-rotation can be used in this manner.

Bisher sind aerodynamische Flammhalter mit Schaufelgitteranordnungen beschrieben worden, die das Gas drehen, das durch den Abschnitt 30 des Flammhalters 20 strömt, um dadurch einen solchen Querschnitt der axialen Durchflußgeschwindigkeit C_x herzustellen, daß diese ein Minimum längs der Flammhalterquerschnittsachse 44 ist und beiderseits davon zunimmt, um vor der Verzögerung einen aerodynamischen Trog zu bilden. In dem Flammhalter, bei dem Schaufelgitter verwendet werden, wird die axiale Durchflußgeschwindigkeit zwar geändert, jedoch entsteht gleichzeitig eine tangentiale Umfangsgeschwindigkeit C_t, die mitunter unerwünscht ist. Um die Bildung der Umfangsgeschwindigkeit zu vermeiden und trotzdem eine Verteilung der Durchflußgeschwindigkeit des oben beschriebenen Typs herzustellen, kann eine Bauart des aerodynamischen Flammhalters verwendet werden, die von dem Mittel unterschiedlichen Sirömungswiderstandes Gebrauch macht. Diese »Strömungswiderstandsbauart« des Fiammhalters ist in Fig. 22 dargestellt, v/obei Strömungswiderstandseinheiten 74 an die Stelle der Gitter 36 und 38 in dem Abschnitt 30 zur Änderung der Verteilung der Durchflußgeschwindigkeit vor den Diffusorabschnitt 32 gesetzt sind. Der zentrisch angeordnete Strömungswiderstandsdurchgang 76 nach Fig. 22 ist symmetrisch um die Querschnittsachse 44 und derart dargestellt, daß er die in Fig. 23 gezeigte Form hat um einen größeren Strömungswiderstand zu liefern als die Strömungswiderstandseinheiten 78 und 80, die außen um die mittlere Einheit herum angeordnet sind. Wenn zusätzlich Strömungswiderstandseinheiten außerhalb der Einheiten 78 und 80 angeordnet werden sollen, werden stromlinienförmige Profilstreben 82 bei der Anlage nach Fig. 22 verwendet, da der Durchflußwiderstand der Widerstandseinheiten radial von der Achse 44 weg abnehmen soll. Die Durchflußwiderstandseinheiten gemäß Fig. 22 liefern dieselbe Verteilungsform der Durchflußgeschwindigkeit C_x an der Stelle 84-84, wie in Fig. 21 gezeigt ist und durch die in Fig. 20 dargestellte Schaufelgittergestaltung erreicht wird. Es ist ersicht-Hch, daß zwei gleichartige Durchgänge mit hohem Strömungswiderstand, wie etwa 76, in Fig. 22 und ungefähr entlang der Achse 44 verwendet werden könnten. Außerdem kann, während der Flammhalter in Strömungswiderstandsbauart normalerweise abgestufte Querschnitte der Durchflußgeschwindigkeit C_x ohne Umfangsgeschwindigkeit Q ergibt, die Anzahl der Widerstandsdurchgänge so weit vergrößert werden, daß die Verteilung im wesentlichen gleichmäßig ist.So far, aerodynamic flame holders with vane grate arrangements have been described which rotate the gas flowing through the section 30 of the flame holder 20 to thereby produce such a cross-section of the axial flow rate C _x that it is a minimum along the flame holder cross-sectional axis 44 and increases on either side thereof. to form an aerodynamic trough before deceleration. In the flame holder in which the vane grids are used, the axial flow rate is indeed changed, but at the same time a tangential circumferential speed C _t arises, which is sometimes undesirable. In order to avoid the formation of the peripheral velocity and still produce a distribution of the flow velocity of the type described above, a type of aerodynamic flame holder can be used which makes use of the means of different flow resistance. This "flow resistance type" of the flame holder is shown in FIG. 22, with flow resistance units 74 in place of the grilles 36 and 38 in the flow rate change section 30 in front of the diffuser section 32. The centrally located drag passage 76 of Fig. 22 is symmetrical about the cross-sectional axis 44 and is shown as having the shape shown in Fig. 23 to provide greater drag than the drag units 78 and 80 located externally about the center unit are. If, in addition, flow resistance units are to be arranged outside the units 78 and 80, streamlined profile struts 82 are used in the system according to FIG. 22, since the flow resistance of the resistance units is to decrease radially away from the axis 44. The flow resistance units according to FIG. 22 provide the same form of distribution of the flow rate C _x at the point 84-84, as is shown in FIG. 21 and is achieved by the vane grid design shown in FIG. It will be appreciated that two similar high drag passages such as 76 in FIG. 22 and approximately along axis 44 could be used. In addition, while the flow resistance type flame holder normally gives stepped cross sections of the flow rate C _x excluding the peripheral velocity Q, the number of resistance passages can be increased so that the distribution is substantially uniform.

Die Theorie der Arbeitsweise bei der Verwendung von solchen Widerstandseinheiten oder -gittern, wie etwa 76, besteht darin, die Gasströmung durch eine kleine Kammer 86 zu leiten, um den gesamten Gasdruck dadurch abzubauen, daß die Geschwindigkeit der Gasströmung erhöht und dann das Gas durch eine Diffusor- oder Expansionseinheit 88 zur Verminderung der Geschwindigkeit geschickt wird. Der Betrag der an der Stelle 84-84 erzielten Durchflußgeschwindigkeit C_x ändert sich wie der Betrag der gesamten Druckverminderung, die in den Wider-Standskammern, wie etwa 76, 78 und 80, bewirkt wird.The theory of operation in using resistive units or grids such as 76 is to direct the gas flow through a small chamber 86 to relieve all gas pressure by increasing the velocity of the gas flow and then the gas through a Diffuser or expansion unit 88 is sent to reduce the speed. The amount of flow rate C _x achieved at 84-84 changes as does the amount of total pressure reduction effected in the resistance chambers such as 76, 78 and 80.

Nach dem Durchgang an der Stelle 84-84 des in Fig. 22 dargestellten aerodynamsichen Flammhalters 20 in Widerstandsbauart gelangt dann das Gas durch den Diffusorabschnitt 32 und wirkt in der gleichen Weise, wie mit Bezug auf die Stellen 3-3 und 4-4 der Fig. 2 beschrieben ist, derart, daß ein Staupunkt und ein Rückflußbereich strömungsabwärts davon entsteht, wie in Fig. 2 dargestellt ist.After the passage at point 84-84 of the aerodynamic flame holder shown in FIG 20 of the resistance type, the gas then passes through the diffuser section 32 and acts in the same Way, as described with reference to the positions 3-3 and 4-4 of Fig. 2, such that a stagnation point and a reflux region is created downstream thereof, as shown in FIG.

Zusätzlich zu den Schaufelgitter- und Strömungs-Widerstandsbauarten der aerodynamischen Flammhalter veranschaulicht Fig. 24 eine weitere Flammhalterform, bei der die Durchflußgeschwindigkeit C_x, wie in Fig. 26 gezeigt ist, dadurch geändert wird, daß das Flammhaltergas zuerst durch den Durchgang 90 für plötzliche Expansion geleitet wird, der längs der Querschnittsmittellmie 44 des Flammhalters 20 angeordnet ist, und daß auch Gas durch Durchgänge mit geringerer Strömungsverengung 92 und 94 strömt, die radial außen um den Durchgang 90 für plötzliche Expansion und die Achse 44 angeordnet sind. Um den Eintritt in den Durchgang 90 für plötzliehe Expansion zu erzielen, muß das Gas durch einen Verengungsbereich, wie etwa die in der Platte 98 angeordneten Löcher 96, strömen. Nach dem Durchströmen der Durchgänge 90, 92 und 94 ist die Durchflußgeschwindigkeit an der Stelle 100-100 derart, wie in Fig. 26 gezeigt ist. Der Durchgang 90 für plötzliche Expansion arbeitet in der Weise, daß der Gesamtdruck des hindurchströmenden Gases vernichtet wird, so daß seine Geschwindigkeit vermindert wird. Der Diffusor 32 wirkt bei Anwendung in der in Fig. 24 gezeigten Form in derselben Weise, wie für Fig. 2 und Fig. 22 beschrieben ist.In addition to the vane and flow resistance types of aerodynamic flame holders, Figure 24 illustrates another form of flame holder in which the flow rate C _{x is} varied as shown in Figure 26 by first passing the flame holder gas through passage 90 for sudden expansion which is arranged along the cross-sectional center line 44 of the flame holder 20, and that gas also flows through passages with smaller flow constrictions 92 and 94 which are arranged radially outwardly around the passage 90 for sudden expansion and the axis 44. In order to gain entry into the sudden expansion passage 90, the gas must flow through a restriction area such as the holes 96 located in the plate 98. After flowing through passages 90, 92 and 94, the flow rate at location 100-100 is as shown in FIG. The sudden expansion passage 90 operates to destroy the total pressure of the gas flowing therethrough so that its velocity is reduced. When used in the form shown in FIG. 24, the diffuser 32 acts in the same way as is described for FIGS. 2 and 22.

Es wird bemerkt, daß auch die Sirömungswider-Standsbauart des Flammhalters in Kombination mit dem Schaufelgittertyp des Flammhalters verwendet werden kann, da jede Bauart die Funktion der Änderung der Durchflußgeschwindigkeit C_x ausführt, wie oben beschrieben wurde.It is noted that the anti-flow type of flame holder can also be used in combination with the vane type of flame holder since each type performs the function of changing the flow rate C _x as described above.

Außerdem kann die Durchflußwiderstandsbauart oder die Schaufelgitterbauart des aerodynamischenIn addition, the flow resistance type or the vane grille type of the aerodynamic

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Flammhalters oder eine Kombination davon zusammen mit einer üblichen Muldenbauart des Flammhalters verwendet werden, wie in Fig. 27 dargestellt ist. Gemäß Fig. 27 weist der Flammhalter 20 einen mittleren Widerstandsdurchgang 76, angrenzende Widerstandsvorrichtungen oder -durchgänge 78 und 80 und Schaufelgitter 36 und 38 auf, die alle in Tragringen 102 und 104 eingeschlossen und strömungsaufwärts von dem Flammhalter 106 in Muldenbauart angeordnet sind, um ein Profil der Durchflußgeschwindigkeit C_x herzustellen, wie in Fig. 28 längs der Linie 108-108 der Fig. 27 dargestellt ist. Falls Umfangsgeschwindigkeit C_t überhaupt vermieden werden soll, wird die gewöhnlich verwundene Schaufel offenbar nicht verwendet, sondern es werden unverwundene Schaufehl im Gitter oder in den Strömungswiderstandsdurchgängen benutzt.Flame holder or a combination thereof can be used together with a common type of trough type of flame holder, as shown in FIG. 27, the flame holder 20 has a central resistance passage 76, adjacent resistance devices or passages 78 and 80, and vane grids 36 and 38, all enclosed in support rings 102 and 104 and positioned upstream of the trough-type flame holder 106 around a profile of the flow rate C _x as shown in FIG. 28 along the line 108-108 of FIG. If circumferential speed C _{t is} to be avoided at all, the usually twisted blade is evidently not used, but rather untwisted blades are used in the grid or in the flow resistance passages.

Die Erfahrung hat gezeigt, daß infolge der auf den Flammhalter 20 wirkenden Gasfliehkräfte die Lage des Rückflußbereiches 54 von der Querschnittsmittel- ao linie 44 weggeschoben wird. Um dies zu vermeiden, kann eine unsymmetrische aerodynamische Flammhaltereinheit 20 der in Fig. 29 dargestellten Bauart verwendet werden. Es wird bemerkt, daß sich die innere Wandung 110 hinsichtlich der axialen Abmessung von der äußeren Wandung 112 unterscheidet und daß sich das untere Gitter 114 von dem oberen Gitter 116 unterscheidet. Durch Änderung der Wandungs- und/oder Gittergröße und/oder -form kann die Lage des Staupunktes 48 und des Rückflußbereiches 54 mit Bezug auf die Querschnittsachse 44 verschoben werden.Experience has shown that as a result of the centrifugal gas forces acting on the flame holder 20, the position of the reflux area 54 is pushed away from the cross-sectional center line 44. To avoid this, an asymmetrical aerodynamic flame holder unit 20 of the type shown in FIG. 29 can be used. It is noted that the inner wall 110 differs from the outer wall 112 in axial dimension and that the lower grid 114 differs from the upper grid 116. By changing the wall and / or grid size and / or shape, the position of the stagnation point 48 and the return flow area 54 with respect to the cross-sectional axis 44 can be shifted.

Wie sich gezeigt hat, ist es erwünscht, den Zugang der Strömungswiderstandsdurchgänge, wie etwa 86, so zu gestalten, daß Teilchen, die in den Gasen enthalten sein können, die in den Flammhalter eintreten, abgelenkt werden, und es hat sich weiterhin gezeigt, daß es erwünscht ist, die Lage der Widerstandsdurchgänge für Strömungen hoher Geschwindigkeit so zu wählen, daß sie die Widerstandsdurchgänge für Strömungen mit geringerer Geschwindigkeit umhüllen oder umgeben, unabhängig von der Form des Flammhalters. Fig. 30 stellt einen Querschnitt durch die Widerstandsdurchgänge des Flammhalters mit einer im wesentlichen T-förmigen Verbindung dar. Die Durchgänge für hohe Geschwindigkeit sind mit H bezeichnet, und es wird bemerkt, daß sie die mit L bezeichneten Durchgänge für geringe Geschwindigkeit umhüllen oder umgeben.It has been found desirable to design the access to the flow resistance passages such as 86 so that particles that may be contained in the gases entering the flame holder are diverted, and it has also been found that it is desirable to position the resistance passages for high velocity flows so that they envelop or surround the resistance passages for lower velocity flows, regardless of the shape of the flame holder. Fig. 30 shows a cross-section through the resistance passages of the flame holder having a generally T-shaped connection. The high speed passages are labeled H and it is noted that they enclose or surround the low speed passages labeled L.

Fig. 31 veranschaulicht die Lage der Umhüllung der Durchgänge für hohe Geschwindigkeit mit Bezug auf die Durchgänge für niedrige Geschwindigkeit in Flammhalterkonstruktionen, die in plötzlicher Weise enden, wie solche Ausführungsformen, die radial verlaufende Flammhalter aufweisen. In beiden Fig. 30 und 31 stellt die mit D bezeichnete Fläche die Diffusionsfläche 32 strömungsabwärts von dem Strömungswiderstandsabschnitt 74 dar.Figure 31 illustrates the location of the envelope of the high speed passageways with respect to the low speed passageways in abrupt termination designs such as those embodiments having radially extending flame holders. In both FIGS. 30 and 31, the area labeled D represents the diffusion surface 32 downstream of the flow resistance section 74.

Nun werden einige der Vorteile, die durch Verwendung der hier offenbarten aerodynamischen Flammhalter an Stelle der üblichen Flammhalter über die Verminderung in der Strömungsdrosselung und im Gewicht hinaus erhalten werden, gezeigt.Now will be some of the advantages of using the aerodynamic disclosed herein Flame holder instead of the usual flame holder via the reduction in flow restriction and in weight obtained beyond are shown.

Der Gradient der Durchflußgeschwindigkeit C_x an dem Punkt der anfänglichen Verbrennung wird mit Bezug auf den in einem üblichen Flammhalter vorhandenen Geschwindigkeitsgradienten wesentlich vermindert. Dies ist in Fig. 14 durch den Staupunkt 48 veranschaulicht, welcher der Einsatzpunkt der Verbrennung ist, und es wird bemerkt, daß ein sehr kleiner Gescnwindigkeitsgradient auf jeder Seite davon vorhanden ist und daß sich dieser Geschwindigkeisgradient allmählich und in kleinen Stufen über die volle Geschwindigkeitsverteilung ändert.The flow rate gradient C _x at the point of initial combustion is substantially reduced with respect to the velocity gradient present in a conventional flame holder. This is illustrated in Figure 14 by stagnation point 48 which is the start of combustion and it is noted that there is a very small velocity gradient on either side thereof and that this velocity gradient changes gradually and in small steps over the full velocity distribution .

Wie oben erwähnt wurde, kommen infolge der positiven Strömung durch die Schaufelgitter und die Strömungsverengungsdurchgänge und auch infolge der Gasströmung längs den Wandungen 40 und 42 des Diffusors 32 weder die heißen Gase noch die Flammen der Verbrennung in Berührung mit Flammhalterteilen, wie dies in üblichen Flammhaltern der Fall ist.As mentioned above, as a result of the positive flow through the vane grids and the flow constriction passages and also as a result of the gas flow along the walls 40 and 42 of the diffuser 32, neither the hot gases nor the flames of the combustion come into contact with flame holder parts, as is the case in conventional flame holders Case is.

Tatsächlich werden die Flammhalterteile durch diese Gasströmung gekühlt. Der aerodynamische Flammhalter liefert einen Gasrückflußbereich, der hinsichtlich seiner Größe und der Gasgeschwindigkeit durch geeignete Wahl der Schaufelgitter und/oder der Strömungsverengungsdurchgänge oder durch die Kombination von diesen beiden Faktoren und durch geeignete Wahl der Größe und der Winkelanordnung des Diffusorabschnitts geregelt werden kann. Es wird bemerkt, daß der aerodynamische Hammhalter die ungewöhnliche Eigenschaft erzielt, daß er eine Strömungstrennung bewirkt, die an einem zentralisierten Punkt innerhalb des Diffusors beginnt.In fact, the flame holder parts are cooled by this gas flow. The aerodynamic one Flame holder provides a gas reflux area that is variable in terms of its size and gas velocity by suitable choice of the vane grids and / or the flow constriction passages or through the Combination of these two factors and suitable choice of size and angular arrangement of the diffuser section can be regulated. It is noted that the aerodynamic hammerset the Unusual property achieved that it causes a flow separation, which at a centralized Point begins inside the diffuser.

Der aerodynamische Flammhalter ermöglicht Regelung der Länge des Berührungsweges zwischen den unverbrannten Gasen und dem zündenden heißen Rückflußbereich oder erreicht, unter einem anderen Gesichtspunkt betrachtet, daß die unverbrannten Gase in Kontakt mit dem zündenden Rückflußbereich für einen größeren Zeitraum kommen. Dies wird durch Auswählen einer aerodynamischen Flammhalterform erreicht, wie in dem vorstehenden Absatz beschrieben ist, die einen Rückflußbereich der erforderlichen Größe angrenzend an einen unmittelbaren Bereich von im wesentlichen verminderter Geschwindigkeit für das gewünschte Ergebnis liefert.The aerodynamic flame holder allows regulation of the length of the contact path between the unburned gases and the igniting hot reflux area or reached, among another Considered from the point of view that the unburned gases in contact with the igniting reflux area come for a longer period of time. This is done by choosing an aerodynamic flame holder shape achieved, as described in the preceding paragraph, a reflux range of the required Size adjacent to an immediate area of substantially reduced speed for the desired result.

In solchen Anlagen, in denen ein hoher Grad an Turbulenz erwünscht ist, ermöglicht die Verwendung von Schaufelgittern mit sich gegenseitig drehenden Strömungen in dem aerodynamischen Flammhalter oder von Schaufelgittern und/oder Strömungswiderstandsdurchgängen, welche steilere Geschwindigkeitsgradienten erzeugen, die Änderung der Turbulenz von einem normalen Wert auf einen sehr hohen Wert, und diese Turbulenz kann auf den unmittelbaren Bereich der anfänglichen Verbrennung lokalisiert werden.In such systems, where a high degree of turbulence is desired, allows use of vane grids with mutually rotating currents in the aerodynamic flame holder or of vane grids and / or flow resistance passages, which create steeper velocity gradients, the change in turbulence from a normal value to a very high value, and this turbulence can be localized to the immediate area of the initial combustion will.

Claims (6)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Flammhalter, der in einem Nachbrenner eines Gasturbinentriebwerkes zu verwenden ist, wobei der Flammhalter so ausgebildet ist, daß Gas durch ihn hindurchströmt, und so angeordnet ist, daß er die Achse des Nachbrenners umgibt und seine Querschnittsachse Abstand von der Nachbrennerachse hat, gekennzeichnet durch einen ersten Abschnitt (30) mit Vorrichtungen, die ein trogförmiges Geschwindigkeitsprofil erzeugen, bei dem die axiale Komponente der Durchflußgeschwindigkeit des durch den Flammhalter strömenden Gases von einem Minimum längs der Querschnittsachse (44) allmählich bis zu einem Maximum anwächst, das in den auf1. Flame holder to be used in an afterburner of a gas turbine engine, the flame holder being designed so that gas flows through it and is arranged so that it surrounds the axis of the afterburner and its cross-sectional axis is at a distance from the afterburner axis, characterized by a first section (30) with devices which generate a trough-shaped velocity profile in which the axial component of the flow rate of the gas flowing through the flame holder increases gradually from a minimum along the cross-sectional axis (44) to a maximum which in the I 138I 138 jeder Seite der Querschnittsachse am weitesten von dieser entfernten Strömungspunkten erreicht wird, und durch einen stromab anschließenden zweiten Abschnitt (32) mit einer Vorrichtung, durch die sich die gesamten Gasgeschwindigkeiten des trogförmigen Geschwindigkeitsprofils verringern lassen, so daß stromabwärts vom ersten Abschnitt ein Staupunkt entsteht.reached on either side of the cross-sectional axis farthest from this distant flow point is, and by a downstream second section (32) with a device, which reduce the total gas velocities of the trough-shaped velocity profile leave so that a stagnation point is created downstream of the first section. 2. Flammhalter nach Anspruch 1, durch einen dritten Abschnitt gekennzeichnet, der stromab an den zweiten Abschnitt anschließt und mit diesem verbunden ist und in dem sich die Geschwindigkeiten des Geschwindigkeitsprofils so verringern, daß sich stromabwärts vom Staupunkt eine Zone mit rückwärts gerichtetem Gasstrom bildet.2. Flame holder according to claim 1, characterized by a third section, the downstream the second section adjoins and is connected to this and in which the speeds of the velocity profile so that there is a zone downstream of the stagnation point forms with backward gas flow. 3. Flammhalter nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der erste Abschnitt Schaufehl aufweist, die der Gasströmung eine drehende Bewegung erteilen, dadurch gekennzeichnet, daß als Mittel zur Erzeugung des Geschwindigkeitsprofils der Abströmwinkel der Schaufeln (36, 38) über die Längsachse der Schaufel hin von der Flammhalterquerschnittsachse an radial nach außen zu abnimmt.3. Flame holder according to claim 1 or 2, wherein the first section has a blade which gives the gas flow a rotating movement, characterized in that the outflow angle of the blades (36, 38) over the longitudinal axis of the blade as a means for generating the speed profile decreases radially outward from the flame holder cross-sectional axis. 4. Flammhalter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschaufelung (36, 38), um beiderseits der Querschnittsachse eine gleichsinnige Verdrehung des Gasstromes durch die Schaufeln herbeizuführen, nach derselben Rich-4. Flame holder according to claim 3, characterized in that the blading (36, 38) to on both sides of the cross-sectional axis a rotation of the gas flow in the same direction through the To bring about shovels, in the same direction tung hin gebogene Schaufelquerschnitte in Richtung des strömenden Gases aufweist.device has curved blade cross-sections in the direction of the flowing gas. 5. Flammhalter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der auf der einen Seite der Flammhalterquerschnittsachse liegenden Schaufelgruppe (36) in einer Richtung gekrümmt ist und der Querschnitt der auf der anderen Seite der Flammhalterquerschnittsachse liegenden Schaufelgruppe (38) in der anderen Richtung gekrümmt ist, so daß diese Schaufelgruppen entgegengesetzt drehend auf den Gasstrom wirken.5. Flame holder according to claim 3, characterized in that the cross section of the one side of the flame holder cross-sectional axis lying vane group (36) in one direction is curved and the cross-section is on the other side of the flame holder cross-sectional axis lying blade group (38) is curved in the other direction, so that these blade groups act in opposite directions on the gas flow. 6. Flammhalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im ersten Abschnitt eine Anzahl Durchgänge vorgesehen werden, die den Strömungsquerschnitt verengen, wobei die erzeugte Querschnittsverengung proportional zu dem Radialabstand der Durchgänge von der Querschnittsachse abnimmt.6. Flame holder according to claim 1 or 2, characterized in that in the first section a number of passages are provided which narrow the flow cross-section, the generated cross-sectional constriction proportional to the radial distance of the passages from the cross-sectional axis decreases. In Betracht gezogene Druckschriften:Considered publications: Deutsche Patentschriften Nr. 948 023, 872 417;German Patent Nos. 948 023, 872 417; französische Patentschriften Nr. 1161 852,
403;French patent specification No. 1161 852,
403; britische Patentschrift Nr. 756185;British Patent No. 756185; USA.-Patentschriften Nr. 2 780 916, 2 770 946, 2720754,U.S. Patents Nos. 2,780,916, 2,770,946, 2,720,754, The Aeroplane, 89. Band, Heft 2316 (9.12.1955), S. 918.The Airplane, Volume 89, Issue 2316 (December 9, 1955), P. 918. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings ©209 678/81 10.62© 209 678/81 10.62